太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于光學精密檢測技術領域，具體涉及一種太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法。
【背景技術】
[0002]隨著航天技術的發(fā)展，大口徑、長焦距、高精度光學系統(tǒng)應用越來越多，但是由于地面測試環(huán)境與太空環(huán)境的不一致性，往往令大口徑、長焦距、高精度光學系統(tǒng)的成像質量評價是不準確的，給光學系統(tǒng)的地面檢測和裝調(diào)帶來了諸多不便。因此，研制太空環(huán)境模擬器來模擬太空環(huán)境從而進行光學系統(tǒng)的地面檢測和裝調(diào)是十分有必要的。
[0003]當采用太空環(huán)境模擬器來模擬太空環(huán)境進行光學系統(tǒng)的地面檢測和裝調(diào)，會帶來一個不可回避的問題，那就是必須將太空環(huán)境模擬器窗口引入光學系統(tǒng)中。為了不對光學系統(tǒng)成像造成影響、保證入射到光學系統(tǒng)的光束與實際情況一致，太空環(huán)境模擬器窗口大多都采用零光焦度的光學元件，但是太空環(huán)境模擬器窗口作為模擬器與外界環(huán)境的接口，需要起到保護光學系統(tǒng)、隔離外界惡劣環(huán)境的作用，這就要求太空環(huán)境模擬器窗口必須是一個壓力氣密隔離窗口，同時又是一個溫度隔離窗口。由此可見，太空環(huán)境模擬器窗口的工作環(huán)境是十分惡劣的，內(nèi)外表面的壓力與溫度無法保持一致，無法實現(xiàn)完全的零光焦度，使得在太空環(huán)境模擬器中進行的光學系統(tǒng)的測試結果不能令人完全信服。因此，合理設計太空環(huán)境模擬器窗口的結構對于提高太空環(huán)境模擬器的太空環(huán)境模擬真實度和太空遙感器地面光學檢測都具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有采用零光焦度光學元件設計的太空環(huán)境模擬器窗口存在的內(nèi)外表面的壓力與溫度不一致、無法實現(xiàn)完全的零光焦度、檢測結果不可靠的問題，本發(fā)明提出了一種太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，使得太空環(huán)境模擬器窗口不會對光學系統(tǒng)的檢測造成任何影響。
[0005]本發(fā)明為解決技術問題所采用的技術方案如下:
[0006]本發(fā)明的太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、依據(jù)所需要檢測的光學系統(tǒng)指標要求，確定理想窗口玻璃的尺寸，即不對光學系統(tǒng)產(chǎn)生影響的理論平板窗口玻璃的尺寸；
[0008]步驟二、確定太空環(huán)境模擬器窗口玻璃工作時所承受的實際載荷大小，并將該實際載荷作用于上述的理想窗口玻璃，獲得理想窗口玻璃的變形；
[0009]步驟三、對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃作用一個與上述變形大小相等、方向相反的作用，得到實際所需要的太空環(huán)境模擬器窗口玻璃。
[0010]進一步的，步驟二中，所述理想窗口玻璃的變形指的是理想窗口玻璃的左右表面的曲率R2和R1。
[0011]進一步的，步驟三中，對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃作用一個與上述變形大小相等、方向相反的作用指的是對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃左右表面分別作用一個反方向的曲率R2 和 R1。
[0012]本發(fā)明的有益效果是:
[0013]本發(fā)明有效地提高了大口徑、長焦距、高精度光學系統(tǒng)地面檢測的可信性，為在軌準確應用提供了保障，使得太空環(huán)境模擬器窗口不會對光學系統(tǒng)的檢測造成任何影響。
【附圖說明】
[0014]圖1為【具體實施方式】一中理論平板窗口玻璃不意圖。
[0015]圖2為【具體實施方式】一中承受實際載荷作用后的理論平板窗口玻璃示意圖。
[0016]圖3為【具體實施方式】一中最終獲得的太空環(huán)境模擬器窗口玻璃示意圖。
【具體實施方式】
[0017]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0018]為了減少太空環(huán)境模擬器窗口對光學系統(tǒng)的影響，一般的太空環(huán)境模擬器窗口都會采用平板玻璃。根據(jù)研究表明，太空環(huán)境模擬器窗口會承受內(nèi)外表面的壓差、軸向溫差和徑向溫差的作用，從而導致窗口玻璃發(fā)生變形，一般在壓差和軸向溫差的作用下，窗口玻璃表面會發(fā)生曲率的變化，即由平面變成了近似的球面;在徑向溫差的作用下，窗口玻璃邊緣則會產(chǎn)生塌邊或者翹邊的現(xiàn)象。
[0019]為了減弱上述變化對光學系統(tǒng)成像的影響，本發(fā)明采用一種逆向思維的設計方式來對太空環(huán)境模擬器窗口進行設計。本發(fā)明的太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，包括以下步驟:首先，依據(jù)所需要檢測的光學系統(tǒng)指標要求，確定理想窗口玻璃的尺寸，即不對光學系統(tǒng)產(chǎn)生影響的理論平板窗口玻璃的尺寸;然后，確定太空環(huán)境模擬器窗口玻璃工作時所承受的實際載荷大小，并將該實際載荷作用于上述的理想窗口玻璃，獲得理想窗口玻璃的變形；最后，對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃作用一個與上述變形大小相等、方向相反的作用，得到實際所需要的太空環(huán)境模擬器窗口玻璃。
[0020]【具體實施方式】一
[0021]以某一型號相機所需的太空環(huán)境模擬器為例進行太空環(huán)境模擬器窗口設計。首先，根據(jù)該型號相機的光學系統(tǒng)指標要求，確定所需要的理論平板窗口玻璃的有效口徑為Φ80πιπι，為了減弱徑向溫差使得窗口玻璃邊緣變形對光學系統(tǒng)成像的影響，將該理論平板窗口玻璃的有效口徑擴大到Φ 100_，保證窗口玻璃中間有效口徑不受徑向溫差的影響，同時，為了保證窗口玻璃強度，厚度則選擇40mm，得到的理論平板窗口玻璃的結構如圖1所示。
[0022]然后，根據(jù)太空環(huán)境模擬器窗口玻璃的實際使用情況可知，該太空環(huán)境模擬器窗口玻璃受到I個大氣壓的壓差(左側為大氣壓，右側為真空)、2°C的軸向溫差以及1°C的徑向溫差作用，將這些實際載荷作用到如圖1所示的理論平板窗口玻璃上，得到變形后理論平板窗口玻璃左右表面的曲率R2和Rl，Rl和R2分別為128m和120m，如圖2所示。
[0023]最后，對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃左右表面分別作用一個反方向的曲率Rl和R2，即對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃左表面作用一個反方向的曲率R2，同時對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃右表面作用一個反方向的曲率R1，得到該型號相機實際所需要的太空環(huán)境模擬器窗口玻璃，如圖3所示。
[0024]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1.太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、依據(jù)所需要檢測的光學系統(tǒng)指標要求，確定理想窗口玻璃的尺寸，即不對光學系統(tǒng)產(chǎn)生影響的理論平板窗口玻璃的尺寸； 步驟二、確定太空環(huán)境模擬器窗口玻璃工作時所承受的實際載荷大小，并將該實際載荷作用于上述的理想窗口玻璃，獲得理想窗口玻璃的變形； 步驟三、對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃作用一個與上述變形大小相等、方向相反的作用，得到實際所需要的太空環(huán)境模擬器窗口玻璃。2.根據(jù)權利要求1所述的太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，其特征在于，步驟二中，所述理想窗口玻璃的變形指的是理想窗口玻璃的左右表面的曲率R2和Rl。3.根據(jù)權利要求1或2所述的太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，其特征在于，步驟三中，對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃作用一個與上述變形大小相等、方向相反的作用指的是對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃左右表面分別作用一個反方向的曲率R2和Rl。
【專利摘要】太空環(huán)境模擬器窗口逆向設計方法，屬于光學精密檢測領域，解決了現(xiàn)有太空環(huán)境模擬器窗口存在的內(nèi)外表面的壓力與溫度不一致、無法實現(xiàn)完全的零光焦度、檢測結果不可靠的問題。該方法為：依據(jù)光學系統(tǒng)指標要求確定理想窗口玻璃的尺寸，即不對光學系統(tǒng)產(chǎn)生影響的理論平板窗口玻璃的尺寸；確定太空環(huán)境模擬器窗口玻璃工作時所承受的實際載荷，并將該實際載荷作用于上述理想窗口玻璃，獲得理想窗口玻璃的變形；對太空環(huán)境模擬器窗口玻璃作用一個與上述變形大小相等、方向相反的作用，得到實際所需的太空環(huán)境模擬器窗口玻璃。本發(fā)明提高了大口徑、長焦距、高精度光學系統(tǒng)地面檢測的可信性，使得太空環(huán)境模擬器窗口不會對光學系統(tǒng)的檢測造成任何影響。
【IPC分類】G02B27/00
【公開號】CN105676450
【申請?zhí)枴緾N201610149427
【發(fā)明人】朱磊, 郭登科, 孫繼明, 齊洪宇, 周龍加
【申請人】中國科學院長春光學精密機械與物理研究所
【公開日】2016年6月15日
【申請日】2016年3月16日